Chang Liu, Kris Panaro, 和 Aileen Cleary

隨著即時檢測(PoC)的不斷普及，在自動化實驗室環(huán)境外進行體外診斷(IVD)檢測的數(shù)量顯著增加。本文探討了與PoC診斷檢測相關(guān)的安全挑戰(zhàn)、患者樣本重復(fù)使用和誤用的影響、以及檢測產(chǎn)品制造商如何通過安全電子認證降低風(fēng)險的方法。

引言

多年來，對人體樣本進行的診斷檢測全部都是在臨床實驗室中進行的。隨著PoC檢測的出現(xiàn)，這一局面開始有所改變，PoC檢測支持將樣本處理轉(zhuǎn)移到醫(yī)生辦公室、診所、醫(yī)院甚至家中進行。PoC檢測有一個明顯的優(yōu)勢，即無需將患者樣本運送到集中的實驗室，從而縮短了診斷時間。其還可以顯著改善工作流程，為患者提供更多便利。在發(fā)生新冠疫情最初幾個月，由于檢測延誤對社會以及病毒傳播產(chǎn)生了重大影響，疫情期間對PoC檢測的需求變得愈發(fā)顯著。

轉(zhuǎn)向PoC檢測的趨勢將持續(xù)保持，診斷產(chǎn)品制造商也在不斷擴大其檢測產(chǎn)品組合以納入多個目標，如呼吸道檢測試劑盒、性傳播感染(STI)檢測、血流感染檢測等。隨著該市場的擴展，在實驗室環(huán)境外處理的患者樣本數(shù)量正在穩(wěn)步增加。如今，患者樣本不僅可以由專業(yè)人士在嚴格控制的工作流程中處理，還可以由醫(yī)生在診所以及由患者自己在家中處理，因此增加了樣本誤用和重復(fù)使用風(fēng)險。

PoC檢測中面臨的挑戰(zhàn)：重復(fù)使用、誤用和偽造樣本的風(fēng)險

為充分實現(xiàn)PoC檢測帶來的益處，系統(tǒng)必須生成患者和醫(yī)生都能夠信任的結(jié)果。檢測準確性是其中的關(guān)鍵，因為如果結(jié)果不準確，則會出現(xiàn)誤診。如果患者樣本處理不正確，即使準確性最高的檢測也會造成誤診。因此，我們要采取一種方法，以確保患者樣本處理正確無誤，這對于生成可信結(jié)果以及降低誤診風(fēng)險至關(guān)重要。

患者樣本可能被重復(fù)使用是一個主要風(fēng)險因素。當(dāng)拭子或檢測盒在檢測設(shè)備中意外接受多次處理時，則會發(fā)生這種情況。想象一下這樣的場景：一大家人都擠在廚房，需要在早晨出門前進行居家檢測。一位家長可能會意外地將某個孩子的拭子重復(fù)用于另一個孩子，這種情況經(jīng)常出現(xiàn)。在診所或越來越多的CLIA豁免實驗室中也存在此類風(fēng)險，在這些實驗室，無需由經(jīng)培訓(xùn)的實驗室技術(shù)人員來進行診斷檢測。

第二個關(guān)鍵風(fēng)險因素在于患者樣本可能會被有意誤用。對于某些檢測，例如識別是否使用非法藥物，患者可能存在偽造結(jié)果的動機。實現(xiàn)這一目的的一種方法便是在處理之前調(diào)換樣本檢測盒。獲取準確結(jié)果所面臨的另一個挑戰(zhàn)是，市場上存在假冒偽劣檢測盒。在傳統(tǒng)實驗室環(huán)境下，采購是通過正規(guī)渠道進行的。對于基于家庭的PoC檢測，患者通常會直接從主要線上零售商處購買檢測產(chǎn)品。這就為假冒偽劣產(chǎn)品供應(yīng)商創(chuàng)造了機會，這些供應(yīng)商可能有導(dǎo)致結(jié)果準確性降低的低質(zhì)量產(chǎn)品。

實驗室環(huán)境也無法避免誤用。在使用后，實驗室中使用過的樣本檢測套件會作為醫(yī)療廢物進行丟棄。當(dāng)此類醫(yī)療廢物被第三方收集時，就存在樣本檢測套件被翻新并重新出售給檢測實驗室的風(fēng)險。實驗室對此一無所知，經(jīng)翻新檢測套件可能看起來是新的，但要么是無試劑，要么僅是簡單注水。這可能會導(dǎo)致檢測結(jié)果錯誤，從而導(dǎo)致患者治療不當(dāng)。

患者和檢測設(shè)備制造商都會受到重復(fù)使用和故意誤用患者樣本的影響。患者可能會經(jīng)歷誤診，例如：導(dǎo)致不必要干擾和不必要治療的假陽性檢測。相反，假陰性則會導(dǎo)致誤診，最終導(dǎo)致正確治療的延誤或缺失。檢測設(shè)備制造商也會為此付出沉重的代價，例如品牌聲譽受損，設(shè)備被貼上不準確標簽，或最壞情況下會引發(fā)產(chǎn)品召回。假冒偽劣檢測盒的盛行給檢測設(shè)備制造商造成了巨大的商業(yè)風(fēng)險，并且有可能會中斷制造商通過樣本檢測盒獲取利潤豐厚的可支配收入流。

為什么傳統(tǒng)解決方案無法降低PoC檢測的風(fēng)險

傳統(tǒng)上有兩種方法用于確保患者樣本的真實性。一種方法為加貼標簽，例如一維和二維條形碼。第二種方法為利用可防止檢測盒重新安裝的機械特性。在實驗室環(huán)境下，一維和二維條形碼是跟蹤樣本的首選方法。批次信息、序列號和設(shè)備唯一標識可用于確保檢測盒的真實性。此外，可以在樣本處理之前查看條形碼，以確保未重復(fù)使用。盡管條形碼是確保患者樣本真實性的可靠方法，但其也存在局限性。首先，條形碼標簽需要條形碼掃描器，而由于尺寸和焦距要求，這會對儀器設(shè)計造成負擔(dān)。條形碼還需要較大內(nèi)存以存儲足夠數(shù)量的序列號，以防止重復(fù)使用。盡管在大型實驗室設(shè)備中這可能不會構(gòu)成問題，但對于緊湊型PoC設(shè)備而言，這將意味著成本和尺寸挑戰(zhàn)。更重要的是，由于用戶可以看見條形碼，因此條形碼就沒有那么安全，且易被復(fù)制或偽造。

圖1.條形碼在PoC系統(tǒng)中的使用。

第二種傳統(tǒng)方法為使用簡單的機械特性，例如：檢測盒上的缺口，只要將檢測盒插入儀器中，缺口形狀或位置就會發(fā)生變化。此類機械特性提供了一種較為簡單的防止重復(fù)使用的方法，并且可在系統(tǒng)中以較低成本實現(xiàn)。但是，由于檢測盒一模一樣，因此無法區(qū)分不同的患者樣本。此外，由于此類檢測盒對用戶可見，而且通常易于復(fù)制，所以其設(shè)計也較易偽造。如果經(jīng)使用檢測套件被未經(jīng)授權(quán)的一方翻新，此類機械特性也可以復(fù)原。由于PoC設(shè)備尺寸較小，因此在檢測盒中增加機械特性會帶來額外的設(shè)計負擔(dān)。

圖2.機械特性在PoC系統(tǒng)中的使用。

什么是電子認證及其如何改善PoC檢測結(jié)果？

尋找面向PoC市場的理想解決方案需要不局限于這些傳統(tǒng)方法，轉(zhuǎn)而采用可集成到檢測盒中的電子認證IC形式。電子認證IC能夠可靠地防止檢測盒重復(fù)使用和誤用。首先，為解決重復(fù)使用問題，電子認證器IC集成了安全遞減計數(shù)器，可確保一次性檢測盒僅被使用一次。集成的唯一數(shù)字ID可區(qū)分不同的患者樣本。集成質(zhì)詢響應(yīng)加密算法可化解潛在的誤用風(fēng)險，防止第三方制造商生產(chǎn)假冒偽劣檢測盒。安全認證器IC還具有額外的功能，例如：能夠以時間戳的形式安全地記錄使用歷史。當(dāng)需要頻繁進行檢測或在每天特定時間進行檢測時，此功能非常有價值。

圖3.PoC系統(tǒng)中的電子認證器IC。

圖4.ADI的安全電子認證。

與條形碼和機械特性不同的是，電子認證器解決方案可集成在檢測盒內(nèi)部，這樣用戶和潛在偽造者便無法查看安全解決方案。此外，緊湊型IC可減少與緊湊型PoC儀器儀表尺寸限制相關(guān)的設(shè)計挑戰(zhàn)。

采用電子認證器IC可顯著降低樣本檢測盒被重復(fù)使用和誤用的風(fēng)險，進而可向患者和設(shè)備制造商保證檢測結(jié)果的真實性和可信度。

ADI公司的電子認證解決方案

ADI公司的電子認證器IC產(chǎn)品系列可提供整體解決方案，無需具備豐富的加密技術(shù)知識，即可輕松集成到PoC檢測盒中。

每個安全認證器IC都具有唯一的64位序列號，用于安全標識和追溯檢測盒或設(shè)備。安全存儲器可保護制造信息和校準參數(shù)等敏感數(shù)據(jù)免受篡改。認證采用工業(yè)標準對稱密鑰SHA-2/SHA-3或非對稱密鑰ECDSA加密算法，以確保檢測盒是正品，防止使用第三方假冒偽劣產(chǎn)品。集成的安全僅遞減計數(shù)器可簡化使用管理，并防止重復(fù)使用一次性檢測盒。適用于PoC應(yīng)用的主要產(chǎn)品包括使用簡單1-Wire?通信接口的 DS28E16，以及使用NFC非接觸式接口的 MAX66250 。ADI的電子認證器IC無需使用專用的PCB即可集成到設(shè)計之中，提供了可簡化緊湊型PoC設(shè)計的解決方案。

結(jié)論

PoC 檢測的興起對于患者樣本的安全性和可追溯性提出了更高的要求。設(shè)備微型化以及與PoC檢測相關(guān)的高風(fēng)險因素使傳統(tǒng)的患者樣本追蹤手段面臨挑戰(zhàn)，例如：在實驗室環(huán)境中常用的條形碼跟蹤手段。電子認證IC（如ADI的DS28E16）將簡化PoC儀器儀表的設(shè)計，并有助于檢測設(shè)備制造商降低安全風(fēng)險，從而減少誤診、診斷延誤或產(chǎn)品召回風(fēng)險。

審核編輯：郭婷